Vakuum luftskepp

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 20 oktober 2020; kontroller kräver 33 redigeringar .

Ett vakuumluftskepp  är ett hypotetiskt luftskepp av en stel struktur , inuti höljet av vilket ett tekniskt vakuum av ett givet djup ( evakuering ) skapas och upprätthålls , som ett resultat av vilket, i enlighet med Arkimedes lag, en aerostatisk lyftkraft kommer att uppstår som skillnaden mellan Arkimedes-kraften och kraften av vikten av enheten som helhet.

År 1670 publicerade jesuiten Francesco Terzi de Lana (1631–1687) [2] [3] boken "Prodromo, ouero faggio di alcune inuentioni nuoue premeffo all'arte maestra "Stor konst"), i det sjätte kapitlet varav han beskrev ett skepp med mast och segel på. Detta fartyg, enligt Lana, kunde flyga, uppburet av fyra förevakuerade kopparsfärer med en diameter på cirka 7,5 meter vardera och med en kopparväggtjocklek på cirka 0,1 [4] mm. Francesco Lana trodde att ett sådant flygplan kunde vara lättare än luft. I ett nytryck av sitt arbete 1686 antydde Lana att vikten av en tom kopparsfär skulle bli jämförbar med vikten av undanträngd luft med en diameter på 130 fot (cirka 40 m) och en väggtjocklek på ca 1,5 mm, vilket av Kursen var tekniskt omöjlig på sin tid. Han beräknade också sfärer (som kan lyfta en last på upp till flera kilogram): glas (ca 1,2 m i diameter med en väggtjocklek på ca 0,15 mm) och trä (ca 3 m i diameter med en väggtjocklek på ca 1 mm) [5] [6] .

Lanas idé, enastående för sin tid, byggde på tydliga principer, men genomfördes inte i ett experiment (vilket också var typiskt för 1600-talets vetenskap). Redan Giovanni Borelli hade påpekat att sfärerna skulle vara för tunna för att stå emot yttre lufttryck. Lana visste att det yttre trycket på en tom boll skulle bli stort, men han trodde att detta inte var farligt för hans design.

Icke desto mindre var idén populär och ofta avbildad i gravyrer med illustrationer av en fantastisk resa till Mars (1744) fram till de första flygningarna i ballonger med varmluft (1783) eller väte, där atmosfärens tryck på apparatens skal var kompenseras av trycket från gasen som fyller detta skal. Efter deras framträdande var Lans idé bortglömd länge. [7] [8] Men under driften av gasballonger (och därefter luftskepp) avslöjades ett antal av deras allvarliga brister (se artikeln "Luftskepp" ).

Det var inte förrän 1830 som Giacinto Amati, i sin bok Ricerche storico - critico - scientifiche sulle origini... (sidan 398), hyllade Lana som en pionjär inom aerostatiken. [9]

År 1887 publicerade Arthur De Bausset en bok [10] och försökte få pengar för att bygga ett cylindriskt vakuumluftskepp [11] genom att organisera Transcontinental Aerial Navigation Company i Chicago . [12] [13] Emellertid avvisades hans patentförslag. [fjorton]

1974 publicerade London Patent Office ansökan nr 1345288 MKI B64B 1/58 Pedrick AP "Förbättring av flygplan som tillhandahålls av evakuerade bollar eller andra formade tömda fartyg". Uppfinningen ligger i det faktum att bollens skal måste vara dubbelt. Luft pumpas ut ur den inre sfären och gas pumpas under tryck in i håligheten mellan den inre och yttre sfären (väte eller helium kommer ner). Enligt uppfinnaren måste denna gas bibehålla skalets givna form från att klämmas av dess atmosfär (prioriteringen av denna idé tillhör de Bosset). Båda sfärerna är på många ställen fästa ihop.

Emellertid kom det inte till den praktiska implementeringen av denna uppfinning (på grund av den otillräckliga styrkan hos materialet i moderna skal) och till denna dag finns det ingen information om tillämpningen av denna uppfinning.

Fysiska principer och begränsningar

Styrketeorin för ett sfäriskt tunnväggigt evakuerat skal (i statik ) utvecklades av schweizaren R. Zelli ( R. Zoelli ) 1915. Genom att kombinera hans styrkeekvation med tillståndet för flytkraft i atmosfären erhålls villkoret för den praktiska implementeringen av Lahn-sfärer: [15]

,

var är en viss uppsättning hållfasthetsparametrar för sfärmaterialet ("Lahn-koefficient") och är en fysisk indikator på egenskaperna hos atmosfären i flygzonen ("atmosfäriskt Lahn-tal"), som kan beräknas genom att antingen känna till densiteten och gasens tryck, eller dess tryck, temperatur och molekylvikt. Celli bestämde att väggtjockleken på Lahn-kulorna skulle vara proportionell mot den första potensen av deras radie. Enligt Celli-formeln skulle Lahn-sfärer (även av en idealisk sfärisk form) krossas i jordens atmosfär redan när endast ~ 0,1 % av luften pumpades ut ur dem. För att säkerställa integriteten hos de evakuerade Lahn-sfärerna under trycket från jordens atmosfär (med användning av även moderna strukturella material), skulle det vara nödvändigt att öka tjockleken på deras väggar, vilket skulle leda till ett brott mot ovanstående villkor för praktiskt genomförande. Lanas boll måste ha tillräcklig styrka och styvhet så att atmosfärstrycket inte krossar den, och ha en tillräckligt liten vikt (massa) av strukturen för att lyfta på grund av aerostatisk lyftning, vilket för närvarande är omöjligt i jordens atmosfär.

I samband med det föregående och för att säkerställa möjligheten att implementera ett vakuumluftskepp i jordens atmosfär utvecklades och patenterades en uppfinning i Ryssland för att skapa en lyftkraft för ett vakuumluftskepp, där, för att lätta upp luftskeppsskalet och säkerställa dess integritet under trycket av jordens atmosfär, föreslogs det att tillämpa dynamisk kompensation av atmosfärstryck [16] [17] .

Apparat enligt metoden för evakuering av skalet

Med hänsyn till den ideala gasekvationen för staten och Arkimedes lag, kan luftskepp med evakuerade granater skilja sig åt i hur skalet evakueras:

Styrningen av storleken på den aerostatiska lyftkraften i den första metoden för dammsugning under flygning kan utföras genom inlopp i skalet eller pumpning ut ur skalet av en del atmosfärisk luft [18] .

När du använder den andra evakueringsmetoden för att kontrollera storleken på lyftkraften räcker det att doserat ändra volymen på det evakuerade skalet . Men användningen av den andra metoden är för närvarande begränsad av styrkan hos materialet i moderna skal.

Detta avsnitt innehåller ett foto av en bänkmodell av ett vakuumluftskepp enligt den första vakuummetoden, tillverkad och testad av författaren till ovanstående ryska uppfinning. Som material för sidoytan på modellens skal använde författaren arkgummi.

Se även

Stratosfäriskt luftskepp

Länkar

1. Hall, Loura . Evakuerat luftskepp för Mars Missions  (engelska) , NASA  (4 april 2017). Hämtad 7 november 2017.

2. Akhmeteli A.M. Gavrilin A.V. "Laminated Evacuated Balloon Shells", US patentansökan 11/517915. Publicerad 23 februari 2006.

Anteckningar

  1. ↑ John David Anderson. En historia om aerodynamik: och dess inverkan på flygande maskiner . - Cambridge University Press, 1997. - S.  80 -81. — 478 sid. — ISBN 0521669553 .
  2. ↑ Francesco Lana-Terzi, SJ (1631-1687); Aeronautikens fader . Hämtad 13 november 2009. Arkiverad från originalet 24 april 2021.
  3. ↑ Francesco Terzi de Lanas liv . Hämtad 2 november 2016. Arkiverad från originalet 3 november 2016.
  4. ↑ Clive Catterall. The Air Balloon Book: Bygg och lansera Kongming-lyktor, soltetrooner och mer . - Chicago Review Press, 2013. - ISBN 1613740964 .
  5. ↑ Evg. Shikhovtsev. Francesco Lanas flygande skepp genom tre och ett halvt sekel (2016). Datum för åtkomst: 18 juni 2016. Arkiverad från originalet 4 augusti 2016.
  6. ↑ Francesco Lana Terzi. Magisterii natvrae et artis, Tomvs II. - Mariam Ricciardvm, 1686. - T. 2. - S. 291-294.
  7. ↑ New Scientist , Farmer Buckley's Exploding Trousers: & andra händelser på väg mot vetenskaplig upptäckt , Hachette UK, 2016, ISBN 1473642760
  8. ↑ MythBusters: Kan en blyballong flyga? New Scientist 2725 (2009)
  9. ↑ Ricerche storico-critico-scientifiche sulle origini... . Hämtad 20 oktober 2020. Arkiverad från originalet 23 oktober 2020.
  10. ↑ De Bausset, Arthur. Flygnavigering . - Chicago: Fergus Printing Co., 1887.
  11. ↑ Scamehorn, Howard Lee. Balloons to Jets: A Century of Aeronautics i Illinois, 1855–1955  (engelska) . — SIU Tryck, 2000. - S. 13-14. - ISBN 978-0-8093-2336-4 .
  12. ↑ Flygnavigering  // New York Times  : tidning  . - 1887. - 14 februari.
  13. ↑ Att navigera i luften  // New York Times  : tidning  . - 1887. - 19 februari.
  14. ↑ Mitchell (kommissionär). Patentkommissariens beslut för år 1890  . - US Government Printing Office, 1891. - S. 46. . - "50 OG, 1766".
  15. ↑ Evg. Shikhovtsev. Är Lanolet möjligt? (2016). Hämtad 2 november 2016. Arkiverad från originalet 3 november 2016.
  16. ↑ "Anordning för att skapa lyftkraft i flygplan som är lättare än luft", ryskt patent RU nr 2001831 B64B 1/58, B64B 1/62 , registrerat i Statens uppfinningsregister den 30 oktober 1993.
  17. ↑ Malyshkin A.I. "Vacuum airships" (2015). Hämtad 19 januari 2018. Arkiverad från originalet 8 oktober 2020.
  18. ↑ Stromberg A. G., Semchenko D. P. Fysikalisk kemi: Proc. för chem. specialist. universitet / Ed. A. G. Strömberg. - 7:e upplagan, Sr. - M .: Högre skola, 2009. - 527 sid. - ISBN 978-5-06-006161-1 .
 Luftskepp genom design